14 船舶耐波性试验.ppt

上式可写为 根据式(14-50) ，上式为 所以不规则波中阻力增量平方根的谱密度为 式中: K△R(ωe) 一可由船模试验确定，如图14-15 所示: B 、L一实船的船宽和船长。 实船阻力增量的平均值 为 2 14.2 静水中自由和强迫横摇试验 一、静水中自由横摇衰减试验 用于确定船舶的横摇固有周期、无因次衰减系数和附加质量惯性矩。 实船自由横摇的具体作法是:实船按预先的排水量浮于静水面上，试验指挥者指挥一批人由一舷跑到另一舷，往返几次(跑动的周期大致等于船的横摇固有周期) ，使船摇荡起来，船摇到一定程度(5°左右)后，指挥跑动人员停止于船的中线面，让船自由横摇，通过陀螺仪输出横摇角信号，利用示波器记录横摇衰减曲线，如图14-6所示。 在船舶方案设计阶段，为了预估横摇运动性能，通常利用船模试验求横摇无因次衰减系数2?? 。其方法是，将满足相似规律并经校准好的船模置于静水中，使船模横倾一角度，然后任其自由横摇，通过装在船模里的陀螺仪传送横摇角信号，由示波器记录横摇衰减曲线。 在线性阻尼规律下，可按式(11-48)直接由衰减曲线求?? ，即： 但是，若阻尼与横摇角速度不是线性关系，则直接由衰减曲线求2??就比较困难。为此，引入消灭曲线??=f(?m)求无因次衰减系数。 由衰减曲线可方便地求出消灭曲线，如图14-7所示。其中 ??=?i-?i+1，?m =(?i+?i+1 )/2 当阻尼为线性规律时，由式(11-53 )得: 二、静水中强迫横摇试验 可确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇荡频率的关系曲线。静水中自由衰减试验确定的阻尼和附加质量惯性矩仅对应共振时的频率，故为了准确预报不规则波中实船横摇，必须采用阻尼和附加质量惯性矩随频率变化的关系，所以静水中强迫横摇试验非常重要。 此外，静水中强迫横摇可揭示大角度横摇的非线性阻尼特性，对于研究波浪中船舶倾复非常有用。 试验所使用的强迫摇荡机构只允许船模作单自由度的大角度横摇运动，若在简谐激振力矩M(t)= M0sin(?t)作用下，则船模运动方程为: 强迫横摇的特解为 § 14-3 船模在波浪中的运动和增阻试验 一、试验设备 船模在波浪中的耐波性试验可在长条拖曳水池或专门为耐披性试验建造的宽型耐波性水池中进行。典型的耐波性水池如表14-3所列。 耐波性试验的主要设备是造波机，造波机的作用原理通常是依靠振荡装置的振荡造成水中压力场的周期性变化而产生波浪。常用的造波机有冲箱式、摇板式和气动式，如图14-8所示。 冲箱式造波机是由冲箱和曲柄连杆机构组成的。冲箱横剖面的形状如图14-8 (a) 所示，曲柄连杆机构的作用是使冲箱作近似于简谐运动的垂直振荡运动。波浪由冲箱的凸面产生，而在平的一面实际上不产生波浪。 图14-8 造波机 (a) 冲箱式; (b) 摇板式; (c)气动式 1-调节阀门; 2-压力可以变化的钟; 3-鼓风机 摇板式造波机是由平板和四连杆机构组成的。四连杆机构使平板绕其下端的水平轴摇荡。由于平板的前后两面都能造波，而后面的波是有害的，所以安装造波机一端的池壁上应设置消波器。现已出现一种后面不产生波浪的摇板式造波机。为了改善波形，还出现了双重摇板式造波机，即将原来的一块平板改成中间为铰接的两块平板，上下平板各由一组液压缸驱动。 以上两种造波机产生的波浪频率等于造波机的运动频率。改变造波发动机的转数可以在一定范围内任意改变波浪的长度。改变造波机的振荡幅值可以调节波浪的高度。 气动式造波机由鼓风机和调节阀门组成。通过调节阀门来控制气体对水面的压力变化而产生波浪。 为了消除水池另一端返回的波浪，应在水池另一端安装消波器，一般为用横向条材组成的栅栏式消波器。 为了应用线性理论预报实船的运动，一般试验波高ζw= Lm/35～ Lm/50 (Lm是船模长度)。波浪长度 ，TB= 2π/ω，TB为波浪周期，其中ω为造波机的振荡圆频率。 波浪高度可通过浪高仪测定，浪高仪通常有电阻式、电容式和超声波式三种。电阻式浪高仪适用于定点测量。另外，在水池中定点测量波高时，浪高仪与造波机之间的距离应不小于20m ，而与池壁的距离不小于1.5m。 二、波浪中零速横摇试验 规则波中零速横摇试验可确定频率响应函数及有效波倾系数。 试验方法是将调整好的船模置于水池中间，使船舷正对规则波的传播方向，两端用细绳系于池壁，船模横向完全自由。然后，按预定方案，造一系列规则波(1 4～16个)，记录不同波长的规则波产生的横摇幅值θa和规则波的波高ζw，算出放大因数θa/α0，其中 ，λ是试验波长。绘制图14-9的的放大因数曲线θa/α0～ωm, ωm为试验波浪圆频率。 实船